[发明专利]一种协作认知网络中公平且能效高的联合资源分配方法

说明书

一种协作认知网络中公平且能效高的联合资源分配方法，属于无线通信技术领域。在协作认知网络中，次要系统协助主要系统达到其目标速率，同时次要系统利用空闲子载波传输自己的信号。该资源分配方法不但将次要系统的功率分配与子载波分配联合起来优化分配，达到能效高的目的，且同时可以平衡次要用户之间的公平性，填补了在协作认知网络中资源分配考虑用户间公平性的空白。

技术领域

本发明涉及一种协作认知网络中公平且能效高的联合资源分配方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

随着无线应用程序和设备的不断增多，如何满足日益增长的无线电频谱需求这个严峻的问题引起了广泛关注。此外，美国联邦通讯委员会(FCC)还报道了目前存在授权频谱使用效率很低的问题。

为了解决存在的这些问题，近年来，认知无线电(CR)技术逐渐发展起来。因为它可以通过允许次要用户自动感知、获取主要用户空闲频谱且不引进干扰的方式来提高网络中频谱利用效率，这是一门很有前景的技术。这种次要用户协助主要用户达到目标速率，同时次要用户也能享用已授权频谱的网络即协作认知网络。在协作通信中，如何增强无线网络的表现性能(吞吐量)是个亟需解决的问题。因此，人们提出了资源分配的方案来最大化协作网络的吞吐量。

最近，文献中报道了许多与资源分配有关的工作，这些工作都致力于提高整个网络系统的能效性，而将未考虑次要用户之间的公平性。有一部分工作考虑了次要用户之间的公平性，但是网络环境却不同。“Efficient Resource Allocation for CognitiveRadio Networks with Cooperative Relays”(基于协作中继的认知无线电网络的有效资源分配)【IEEE Journal on Selected Areas in Communications,vol.31,no.11,pp.2432-2441,Nov.2013.】一文中讨论了在协作认知网络中能效较高的资源分配方式，它只注重如何使次要系统的资源分配更有效率，而忽略了次要用户之间的公平性。目前，查阅到的资料中，仍然没有在协作认知网络中分配资源时考虑用户公平性的先例。

发明内容

为了弥补现有研究存在的不足，本发明提供了一种协作认知网络中公平且能效高的联合资源分配方法。在规划最优问题时采用了效用函数，不但可以能效高的分配次要用户的资源，还能保证次要用户间的公平性。

本发明的技术方案如下：

一种协作认知网络中公平且能效高的联合资源分配算法，由以下协作认知无线电系统来实现：该系统包括主要系统和次要系统两部分，主要系统由主要用户发射端PT、主要用户接收端PR组成，次要系统由N对次要用户发射端ST_n和次要用户接收端SR_n组成，其中n∈U，表示第n个次要用户，集合U＝{1,2,3,...,N}，次要系统在主要系统运作过程中作为其中继，协助其传输信号，中继模式为DF(Decode-and-Forward)；本系统中共N个次要用户，K个子载波，设子载波集合S＝{1,2,3,...,K}，设γ_k,0，γ_n,k,1，γ_n,k,2和γ_n,k,3分别为分别为主要用户发射端对主要用户接收端、主要用户发射端对第n个次要用户发射端、第n个次要用户发射端对主要用户接收端和第n个次要用户发射端对第n个次要用户接收端链路的信道功率增益，其中k∈S，表示第k个子载波，n∈U，各链路对应的信号发射功率分别为p_k,0，p_k,0，p_n,k,2和p_n,k,3；该公平且能效高的联合资源分配方法的具体步骤如下：

1)计算主要系统的平均速率